S rozvojem elektroautomobilů stoupají i nároky na elektronické součástky. V elektromobilech (a také např. v elektrických lokomotivách) se setkáváme s vysokými napěťovými úrovněmi v řádu stovek až tisíců voltů. To může konvenčním součástkám činit potíže, hlavně s ohledem na ztrátový výkon a životnost.
Jako možné řešení se ukazují tranzistory tvořené β-oxidem gallitým (β-Ga2O3).[1,2]
Základní pojmy
- MBE – Molecular Beam Epitaxy – metoda přípravy tenkých krystalických filmů.
- RIE – Reactive Ion Etching – metoda suchého leptání používaná při výrobě mikrosoučástek.
- MOSFET – Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor
Tranzistory jsou tvořeny substrátem z oxidu gallitého dopovaného železem, jednotlivé vrstvy byly vytvořeny pomocí MBE a leptány metodou RIE, přesněji BCl3/Ar RIE.
Vrchní (pasivační) vrstva je tvořena polymerem SU-8 (struktura obr. 2). Tato vrstva silně ovlivňuje vlastnosti tranzistoru. Postup přípravy je pěkně popsán v článku,[1] který je volně přístupný.
Důležitým parametrem konstrukčních materiálu je šířka zakázaného pásu (bandgap), která určuje kolik energie je nutné dodat, aby došlo k excitaci elektronu do vodivostního pásu. Materiály s větší šířkou mohou být tenčí a lehčí, při zachování požadovaných parametrů, ve srovnání s materiály s menší šířkou pásu.
β-Ga2O3 má bandgap 4,8 eV, což ho řadí mezi excelentní materiály, ve srovnání např. s křemíkem (1,1 eV), karbidem křemíku (Si3N4; 3,4 eV) a nitridem gallitým (GaN; 3,3 eV).
Testy takto vyrobeného tranzistoru dopadly nad očekávání dobře, zvládl napětí až 8032 V, čímž překonal hodnoty pro tranzistory připravené z karbidu křemíku a nitridu gallia.